Обзор конструкций современных токарных многоцелевых станков.Технические характеристики конструкций

Обзор конструкций современных токарных многоцелевых станков.Технические характеристики конструкций

ТОКАРНЫе МНОГОЦЕЛЕВые СТАНКи SPINNER

Рассмотрим токарные многоцелевые станки SPINNER, а в частности станки моделей ТС77 и ТМ.

 

Рисунок 1 - Общийвид токарного многоцелевого станкаSPINNER ТС77

Основные технические характеристики станка:

 

Максимальный диаметр обработки – 500 мм

Условный размер переднего конца шпинделя – 8

Мощность привода главного движения – 26 кВт

Максимальная частота вращения шпинделя – 4000 об/мин

 

Ход суппорта: продольного – 980 мм

поперечного – 360 мм

Скорость быстрых перемещений суппортов – 15000 мм/мин

Максимальный диаметр прутка – 77 мм

Число инструментов в револьверной головке – 12

Точность - ±0,003 мм

Точность при повороте - ±0,002 мм

Объем системы охлаждения – 200 л

Масса – 5000 кг

У всех универсальных станков SPINNER очень жесткая чугунная станина с широкими, упрочненными и шлифованными направляющими скольжения, которые являются гарантией долгого срока службы, стабильности и точности работы оборудования.

Рисунок 2- Общийвид токарного многоцелевого станкаSPINNER ТМ

Основные технические характеристики станка:

Максимальный диаметр обработки – 80 мм

Диаметр переднего конца шпинделя – 110 мм

Мощность привода главного движения – 11 кВт

Максимальная частота вращения шпинделя – 6000 об/мин

Скорость быстрых перемещений – 20000 мм/мин

Максимальный диаметр прутка – 42 мм

Число инструментов в револьверной головке – 24

Точность - ±0,002 мм

Точность при повороте - ±0,001 мм

Углы поворота оси В – 0,0001˚-360˚

Масса – 7500 кг

 

Модель ТМ – это обсолютно новый тип станков для комплексной обработки при высочайших требованиях к точности и качеству небольших партий деталей.

Токарно-фрезерный обрабатывающий центр ТМ соединяет вместе все возможности 5-ти координатного фрезерного станка и двухшпиндельного токарного центра. Два идентичных шпинделя S1/C1 и S2/C2 расположены друг напротив друга и перемещаются по осям Z1 и Z2. Между двумя шпинделями расположена 24-х позиционная револьверная головка, перемещающаяся по осям X и Y, а также поворачивающаяся под любым углом по оси В. Длагодаря этому возможна комплексная токарная и фрезерная обработка любых объемных геометрий, используя одновременно до пяти осей.

 

Особенности конструкции:

- жесткая конструкция чугунной станины;

- охладитель масла шпинделей и револьверной головки;

- жесткие роликовые направляющие по осям X/Y/Z1/Z2;

- система ЧПУ Siemens 840D;

- револьверная головка на 24 инструмента.

Особенности обработки:

Вследствии перемещения револьверной головки по осям X,Y и В и перемещения заготовок по осям Z1/C1 и Z2/C2 любой инструмент может быть повернут на любой угол и перемещен в любую точку зоны обработки. Один и тот же инструмент может использоваться для подрезки торца детали в левом шпинделе и для продольного точения в правом шпинделе.

Используя специальное программное обеспечение, возможно одновременно обрабатывать двумя резцами две различные геометрии. Это осуществляется за счет 4-х осевой интерполяции осей Z1/Z2/X и В, используя 2 инструмента и только одну револьверную головку.

 

Обрабатывающие центры deckelmaho

Рассмотрим горизонтальный обрабатывающий центр DECKELMAHO, а в частности станок модели DMC 60H.

 

 

Рисунок6 – Общийвидстанка DECKEL MAHO DMC 80H

 

Основные технические характеристики станка:

 

Размеры рабочей поверхности стола – 400×500 мм

Максимальная частота вращения шпинделя – 15000 об/мин

Мощность привода главного движения – 20 кВт

Конус шпинделя - 40

Наибольшее программируемое перемещение узлов, мм

X 600

Y 560

Z 560

Пределы рабочих подач, мм/мин

X,Z 0-9600

Y 0-8000

Скорость быстрых перемещений – 60000 мм/мин

Число инструментов в магазине – 40

 

Анализ конструкции станка и его технологических возможностей

Оценка технического уровнястанка

Расчёт параметров режимов резания

Точение

Согласно паспорту станка модели 1П365 наибольший диаметр заготовки, устанавливаемой в патроне -365мм. В качестве обрабатываемого материала принимаем сталь ШХ15 с твёрдостью 179 – 207 НВ, =730 МПа. Расчет по [4, стр. 263].

Определяем скорость резания для точения:

V=C_v/(T^m*t^x*S^y)*k_v; (1)

где = 420- коэффициент скорости;

T =35 мин.- стойкость лимитирующего инструмента;

t=0.3мм.- глубина резания;

s = 0,30 об/мин.- подача

x=0.15;

y = 0,5;

m = 0,2;

k_v-коэффициент;

= ∙ ∙ (2)

где – коэффициент на обрабатываемый материал;

– коэффициент на инструментальный материал, =1,15;

– коэффициент, учитывающий глубину сверления =0,6.

= . , (3)

где =1- коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости;

= 0,9- показатель степени.

= 1∙ = 1

=1∙1,15∙0,6 = 0,7.

Определяем силу резания:

, (4)

где -постоянная;

-длина лезвия резца;

-подача;

-скорость резания;

-поправочный коэффициент.

k_p=k_Mp*k_фр*k_Yp*k_лр*k_гр, (5)

к_мр-поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости;

k_фр -поправочный коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане;

k_Yp -поправочный коэффициент, учитывающий влияние переднего угла;

k_лр - поправочный коэффициент, учитывающий влияние угла наклона главного лезвия;

k_гр - поправочный коэффициент, учитывающий влияние радиуса при вершине.

Для тангенциальной составляющей P_z:

Ср=200, х=1, у=0.75, n=0, к_мр=0.96, k_фр=1.0, k_Yp=1.0, k_лр=1.0, к_rр=0.93

kp=0.96 0.93=0.8928

Для радиальной составляющей P_у:

Ср=125, х=0.9, у=0.75, n=0,k_фр=1.0, k_Yp=1.0, k_лр=1.0, к_rр=0.82

k_p=1.0*1.0*1.0* 0.82=0.82

Для осевой составляющей P_x:

Ср=67, х=1.2, у=0.65, n=0, k_фр=1.0, k_Yp=1.0, k_лр=1.0, к_rр=0.1

k_p=1.0*1.0*1.0* 1.0=1.0

Сверление

Скорость резания при сверлении:

V=C_v*D^q/(T^m*s^y)*k_v, (6)

где -коэффициент скорости;

q=0.4, y=0.70, m=0.20-показатели степени;

T=45мин.-период стойкости инструмента;

t=10мм.-глубина сверления;

D=20мм-диаметр сверла;

s=0.2мм/об.-подача.

k_v=k_Mv*k_Nv*k_lv, (7)

где -коэффициент на обрабатываемый материял;

=1.15- коэффициент на инструментальный материал;

=1.0-коэффициент, учитывающий глубину сверления.

Крутящий момент при сверлении:

M_кр=10*C_M*D^q*s^y*k_p, (8)

где C_M =0.0345-коэффициен;

q=2.0, y=0.8-показатели степени;

k_p =0.96-коэффициент, учитывающий фактические условия обработки.

M_кр=10*0.0345 *20²*0.28^0.8*0.96=36.55 Н*м.

Осевая сила при сверлении:

, (9)

гдеС_p = 68-коэффициент осевой силы;

q=1.0, y=0.7-показатели степени;

k_p=0.96- коэффициент, учитывающий фактические условия обработки.

 

 

Определяем мощность резания:

N_e=Мкр*n/9750,(10)

частота вращения инструмента и заготовки:

n=1000*V/(3.14*D)=1000*38.44/(3.14*20)=612.10 об/мин., (11)

получаем:

Составляющие силы резания

При обработке резанием металл оказывает сопротивление режущему инструменту. Это сопротивление преодолевается силой резания, приложенной к передней поверхности инструмента. Сила резания направлена перпендикулярна передней поверхности резца.

Сила резания затрачивается на отрыв элемента стружки от основной массы металла и его деформацию, а также на преодоление трения стружки о переднюю поверхность резца и задней поверхности резца о поверхность резания.

Сверление:

Сила Р_z –вертикальная составляющая силы резания или просто сила резания. Действует в плоскости резания в направлении главного движения. По силе Рz определяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективную мощность резания, деформацию изгиба заготовки в плоскости ХОZ, изгибающий момент, действующий на стержень резца, а также ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка.

Сила Р_У –радиальная составляющая силы резания. Действует перпендикулярно оси обрабатываемой заготовки в плоскости ХОУ. По силе Ру определяют величину упругого отжатия резца от заготовки, ведут расчет технологической системы на жесткость. Сила Ру стремится оттолкнуть резец от заготовки и деформировать ее. Учитывается при расчете прочности станины и суппорта, способствует появлению вибраций.

Сила Р_Х – осевая составляющая силы резания. Действует вдоль оси заготовки параллельно направлению продольной подачи. По силе Рz рассчитывают механизм подачи станка, а также изгибающий момент, действующий на стержень резца.

Равнодействующая силы резания определяется как диагональ параллепипеда, построенного на составляющих сил

Осевая сила при сверлении рассчитывается по формуле (14):

; (14)

Значения коэффициентов принимаем по таблицам:

Главная составляющая силы резания при фрезеровании – окружная сила определяется по формуле (15):

(15)

Значения коэффициентов принимаем по таблицам:

 

Рисунок 16 - Схема сил, действующих на сверло во время сверления

Таблица 1 – технические характеристики станка

 

Рисунок 17 Структурная схема токарного многоцелевого станка с ЧПУмодели 17А20ПФ40

 

Рисунок 18 Кинематическая схема токарного станка с автономной шпиндельной бабкой с ЧПУ модели 17А20ПФ40

4.2 Кинематические цепи движений формообразования

Цепь главного движения

Вращение шпинделю сообщается от электродвигателя постоянного тока М₁ через поликлиновую ременную передачу с диаметрами шкивов 190…214 мм, зубчатые передачи z=20-56 и z=31-45, далее на поликлиновую зубчатую передачу с диаметрами шкивов 187…236 мм

Конечные звенья: электродвигатель М1 шпиндель с заготовкой.

Расчётные перемещения: nм1, мин^-1,электродвигателя М1 n_шп, мин^-1 шпинделя.

УКБ: (n_эmin n_эmax) i _p i₁ i ₂(i₃) i _p =(n_min n_max);

(n_эmin n_эmax) =(n_min n_max);

(200 4500) =(34,5-775),

где n_эmin n_эmax –максимальная и минимальная частоты вращения электродвигателя М1, мин^-1;

n_min n_max –максимальная и минимальная частоты вращения шпинделя,

мин^-1;

D₁,D_2,D₃,D₄- диаметры шкивов ременной передачи, мм;

D₁=190 мм, D₂=214 мм, D₃=187мм, D₄=236 мм

i _p i₁ i ₂,-передаточные отношения ременной и зубчатых передач;

z_j-числа зубьев колёс.

z₁=20, z₂=56, z₃=31, z₄=45

 

Цепь продольной подачи

Движение продольной подачи происходит от электродвигателя постоянного тока М2.Далее через ременную передачу на ходовой винт с шагом pхв=10мм, который вращаясь перемещает гайку, закрепленную в продольных салазках, в результате чего продольные салазки получают поступательное движение.

Конечные звенья: электродвигатель М2 продольные салазки.

Расчётные перемещения: nМ2, мин^-1 электродвигателя М2 Sпр, мм/мин перемещения продольных салазок

УКБ:(n М2 i _р p_x.в1= (S );

(n М2min- n М2max) p_x.в1=(S );

(18-15 00) 10=(135-7750),

где n М2 – максимальная и минимальная частоты вращения электродвигателя М2, мин^-1;

p_x.в1 – шаг ходового винта 1, мм; p_x.в1=10мм

z_j-числа зубьев колёс;

i_p – передаточное отношение зубчатой передачи;

s_пр – перемещение продольных салазок, мм/мин.

 

 

Привод поперечной подачи суппорта

Движение поперечной подачи происходит от электродвигателя М3, в остальном привод аналогичен приводу продольной подачи.

Цепь поперечной подачи:

Конечные звенья: электродвигатель М3 поперечные салазки.

Расчётные перемещения: nМ3, мин^-1 электродвигателя М3 Sпоп, мм/мин перемещения поперечных салазок

УКБ: (n М3 i _р p_x.в1= (S );

(n М3min- n М3max) p_x.в1=(S );

(18- 2000) 5=(67,5-700),

где n М3 – максимальная и минимальнаячастоты вращения электродвигателя М3, мин^-1;

p_x.в2 – шаг ходового винта 2, мм; p_x.в2 =5 мм

z_j-числа зубьев колёс;

i_p – передаточное отношение зубчатой передачи;

s_поп – перемещение поперечных салазок, мм/мин.

Инструментальный магазин

 

На рисунке 24 показан общий вид инструментального магазина барабанного типа с горизонтальной осью вращения. Магазин имеет 12-позиционный барабан, в каждой позиции которого могут быть установлены в ряд пять или десять (в зависимости от исполнения) инструментальных блоков. Общая вместимость магазина – 60 или 120 инструментальных блоков, которые автоматически с помощью ПР заменяются в револьверной головке станка. Для каждого типа инструментальных блоков используются две позиции барабана: одна для новых, а другая — для изношенных инструментов. Барабан 1, выполненный в виде чугунной отливки, устанавливается на подшипниках 2 в корпусе 3. В продольных пазах на периферии барабана размешены инструментальные блоки 4. После установки барабана в заданную угловую позицию он фиксируется специальным механизмом с защелкой 5. Инструментальная рейка 6 с помощью гидроцилиндра 7 сдвигается в крайнюю левую позицию и, переместившись вверх гидроцилиндром подъема 8, передвигает одновременно все блоки данного ряда на одну позицию вправо. Из крайнего правого положения блок захватывается механизмом схвата ПР, который переносит его в зажимное устройство револьверной головки. Затем рейка 6, опустившись с помощью гидроцилиндра 8, перемещается гидроцилиндром 7 в исходное положение. После расфиксации барабан вновь поворачивается, выводя очередной ряд блоков в загрузочную позицию. Цикл установки блоков из револьверной головки в магазин выполняется аналогично при периодическом перемещении рейки на один шаг влево из крайнего правого положения.

Контроль выполнения цикла смены инструментальных блоков в магазине осуществляется бесконтактными конечными выключателями S1...S5.

Датчики S1 и S2 контролируют положение инструментальной рейки, а датчик S3 — положение фиксатора барабана. Датчики S4 контролируют наличие инструментальных блоков в крайнем правом и предшествующем ему положениях. С помощью датчиков S5 осуществляется кодирование угловых положений барабана в позиции смены инструментов.

На рисунке 4 показана конструкция механизма поворота инструментального магазина. В качестве приводного двигателя могут использоваться (в зависимости от исполнения): электродвигатель постоянного или переменного тока с червячным или зубчатым редуктором, гидродвигатель с червячной или зубчато-ременной передачей. На рисунке показан вариант механизма привода с асинхронным электродвигателем 1, редуктором 2, цепной 3 и зубчатой 4 передачами. Вращение вала электродвигателя передается зубчатому венцу 5, закрепленному на заднем торце барабана 6.

 

 

 

Рисунок 24 Инструментальный магазин

Литература

1. Ящерицын П.И. Металлообрабатывающие станки, линии и инструменты.

-Мн.: ”Вышейшая школа “, 1979-574 с.

2. ПушаВ.Э. Металлорежущие станки. ‑ М.: Машиностроение, 1985.-378 с.

3. Глубокий В.И., Кочергин А.И. Металлорежущие станки и промышленные работы. Учебное пособие для студентов специальности технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты. Проектирование приводов станков. – Мн.;БГПА, 1987-119

4. Бушуев В.В. Станочное оборудование автоматизированного производства. Т.2.- М.: Станкин, 1994г.

5. ЛещенкоВ.А. Станки с числовым программным управлением (специализированные). - М.-.Машиностроение, 1979г.

6.Косилова А.Г. Справочник технолога–машиностроителя. В 2–х т./т2.

-М.: Машиностроение, 1986-495 с.

Приложение:

 

Обзор конструкций современных токарных многоцелевых станков.Технические характеристики конструкций